BAB III LANDASAN TEORI

BAB III

LANDASAN

TEORI

3.1 Konsep Perkuatan

Tanah yang dikenai gaya luar maka bagian dalam tanah akan mengalami deformasi gaya geser (shear deformation). Deformasi ini terjadi sebelum

~

..

. ketidakstabilan disepanjang bidang geser timbul. Deformasi gaya geser akan

menyebabkan meningkatnya kemampatan dan regangan tarik. Adanya gesekan

f

partikel, bentuk partikel dan tegangan pemampatan menimbulkan tahanan geser yang akan menstabilkan tanah. Tabanan geser ini harns mampu menahan gaya yang menyebabkan longsoran, apabila terjadi peningkatan tegangan pada bidang geJincir. 1Jntuk mengimbangi defonnasi pada bidang geser, perkuatan ditempatkan pada arab bidang tarik yang akan menghasilkan gaya tarik pada perkuatan.

3.2 Jenis-jenis Perkuatan

Pada umumnya ada dua jenis perkuatan :

1. Perkuatan dengan menggunakan material rigid, seperti jangkar, paku tanab (soil nailing) dan tiang cerucuk Dimana material yang rigid ini mempunyai kemampuan tarik, tekan, geser, lentur bahkan puntir.

11 I

2. Perkuatan dengan menggunakan material yang fleksibel seperti metal strip dan bahan geotekstil. Material ini mempunyai kemampuan tarik dan geser, tidak mempunyai kemampuan lentur maupun tekan..

Jenis-jenis material fleksibel :

1. Material strip; misalnya: alumunium alloy, copper, galvanized steel, stainless steel, glass-fibre-reinforcedplastic, dan lain-lain.

2. Geosintetis, misalnya: polypropylene, polyester, nylon, polyetyene. Menurut konfigurasi dan fungsinya geosintetis dapat dibedakan atas : 1. Geotekstil, berfungsi sebagai:

a. Separator b. Perkuatan c. Filter d. Drainasi e. Proteksi f. Sealing

2. Geogrids. berfungsi sebagai: a. Perkuatan

b. Separator

3. Geomembran, berfungsi sebagai : a. Lining

b. Liquid barrier c. Vapor barrier

_.-- - - . - . ' ­

4. Geocomposite

Merupakan kombinasi dari geotextile dan geogrid atau geogrid dan geomembran. Bahan ini mempunyai fungsi yang sama dengan geotekstil.

3.3 Tinjauan Umum Geotekstil

Geotekstil terdiri dari dua bagian , yaitu natural fibres dan syntetic fibres. Natural fibres merupakan bahan alami yang biasanya berupa jerami dahan dan ranting pepohonan yang dalam istilah asingnya jute grids, paper strips dan wood shaving. Geotekstil fibres terdiri dari dua macam yaitu convensional geotextile dan geotekstil related products.

Convensional geotextile ada tiga jenis yaitu non-woven ,knitted dan woven. Non woven dibuat dari mechanically bonded, chemically bonded dan thermally bonded. Kemudian woven terbuat dari mono filament, multi filament dan slit film. Hasil dari produksi mechanically bonded adalah neeblepunched sedangkan hasil dati produksi jenis thermally bonded ada tiga yaitu calenderedsingle polymer, melded dan calendered-multy-polymer..

Jenis yang kedua dari synthetic fibres adalah geotextile related product. Produk ini terdiri tiga macam yaitu one dimensional menghasilkanjenis geotekstil strips-ties.. Kemudian two dimensional dibagi dalam dua bagian: open mesh dan close mesh. Open mesh menghasilkan geotekstil grid-mesh sedangkan close mesh menghasilkan geotekstil webs. Macam yang ketiga adalah three dimensional yang menghasilkan geotekstil mats.

'J~.

--- -1

Tabel3.1 Kuat Tarik dan Regangan Geotekstil Sumber : Publikasi pabrik

Uraian

Arah panj ang Arah lentur

Ti p e O'a E _O'a E % kg/m2 _{% kg/m}2 1. HATE 305130 1.650 14,70 1.900 19,20 Anyarn 305105 2.260 10,30 2.650 16,00 Anyarn 305250 T 3.760 21,30 4.240 16,50 Anyarn 2. STABILEHKA 150/45 15.000 9 4.500 20 Anyarn 400/100 40.000 1D 10.000 10 Anyarn 1000/100 100.000 10 10.000 10 Anyarn

3.BIDIM U 14 700 7 )* )* Nir - anyarn

U 34 1.460 70 )* )* Nil' - anyam

U 64 3.300 70 )* )* Nit - anyam

4. TYPAR 3207 200 30 )* )* Nir- anyarn

3407-2 660 33 )* )* Nir - anyam

3707-4 1.520 42 )* )* Nir- anyarn

~

Tabe13.2 Rentang Harga-harga dari Beberapa Karakteristik Teknik:

Geosynthetics yang ada di pasaran

( Sumber : lei Fibres, 1986 )

Geosynthetic Tensile Strength kN/m Maximum Extention % Apparent opening size (AOS)mm Volume Water Permeability litres / m1 / s* Unit weight g/m2 Geotextiles Wovens Nonwoven Knitteds Stitch-Bonded 8 -800 3 -90 2 -120 15 - 800 5 - 35 20 - 80 12 - 600 15 - 30 0.05 - 2.50 0.01 - 0.35 0.1 - 1.2 0.04 - 0.4 5 - 2000 20 - 300 60 - 800 30 - 80 100 - 1300 70 - 2000 250 - 1200 Geomembrans Nonreinforced Reinforced 10 - 50 20 - 200 100 - 500 10 - 30 zero zero zero zero 300 - 1500 600 - 2000 Geo -Linear

Elements 50 - 500 3 - 15 zero zero Not

Applicable

Geogrids 10 - 200 3 - 25 25 -75 v. high 150 - 900

* ) Arah tegak lurus bidang geosynthetics dengan constant head sebesar 10 ern

kepada bahan bangunan, selalu ditinjau tegangan tarik: dan desak serta adanya regangan sebagai akibat muatan/beban yang diperhitungkan. Demikian pula dengan pemenuhan masalah tersebut pabrik yang memproduksi geotekstil memberikan kemampuan dari geotekstil yang produksi berupa kuat tarik dan regangan. Berdasarkan perhitungan yang ada di dalam ilmu teknik sipil pemakaian geotekstil dapat ditentukan dari tabel tegangan dan regangan yang ada.

3.4 Perkuatan Tanah dengan Geotekstil

Secara umum pemanfaatan bahan tersebut dalam konstruksi dinding penahan tanah yang berarti memberikan perkuatan pada massa tanah, memperbesar stabilitas timbunan dibelakang dinding penahan taoah. Perkuatan 1m Juga mengurangi potensi gaya lateral yang menimbulkan perpindahan ke arah horisontal daripada dinding tersebut sebagai akibat adanya beban vertikal yang dipindahkan menjadi tekanan horizontal yang bekerja di belakang dinding penahan tanah atau biasa dikenal sebagai tekanan tanah aktif.

Sebenamya konstruksi ini, merupakan salah satu altematif dari suatu konstruksi yang didasarkan pada berat konstruksi (gravity) atau cantilever wall, yang banyak sekali manfaatnya pada konstruksi-konstruksi teknik sipil. Pemakaian geotekstil jelas akan mengurangi kebutuhan akan beton, baja, biaya konstruksi dinding penahan tanah dan mengurangi biaya angkutan kebutuhan elemen-elemen konstruksi. Selain itu juga penghematan waktu pelaksanaan, tidak menimbulkan masalah korosi dan yang jelas biaya total dapat ditekan. Tipe

- - --- ---.----.---1

konstruksi perkuatan ini mengandalkan pada reaksi gesekan antara tanah dan geotekstil yang digunakan.

3.4.1 Perhitungan Perencanaan Perkuatan Tanah Untuk Timbunan

Dalam mendesain perkuatan tanah ada tiga metode pendekatan yang umum digunakan, yaitu :

1. Berdasarkan kondisi saat runtuh

Pendekatan ini banyak dipakai dalam mendesain perkuatan tanah. Pendekatan didasarkan atas limit analysis (analisis pada bidang longsor). Dari hasil di laboratorium menunjukkan Logaritmic spiral failure surface memberikan lokasi tegangan tarik maksimum (Tmax ) reinsforcement pada bidang runtuh.

""fnu.'(

·

~f;i;l~~~~~i~~.:..~~n~ll~ ... ~

.. It··· ..

r

••

·

•• J••••

([IT. " "

~

I

·

·

·

;•

....

•

.

.

.

.

.. ...

rf·:-::·~:"'---~

~ ~_.

-

.

.

.

.

.

_{1 - -} ~._~- -~---~-_~ -.. --.

-_.

"

~ ~-I

Gambar 3.1 Logaritmic Spiral Failure Surface (Sumber: M.Irsyad,1994)

Pada pendekatan ini terdapat tiga bentuk kemungkinan bidang runtuh yang umum digunakan dalam analisis yaitu :

I

,

a. Single Plane Failure Suiface

Digunakan oleh U.K. Dept. of Transport, T dan N ditambahkan dalam memobilisir shear strenght. Dan beberapa bidang runtuh (trial-error) digunakan bidang runtuh yang memerlukan reinsforcement terbesar.

b. Two Part Wedge Failure Surface

c. Circular Failure Surface

~T

~N

reinforcement,

i

Gambar 3.2 Model Keruntuhan Single Plane Failure Surface (Sumber: M.Irsyad,1994) NjliiZA

....

..

)'

El ••••.

J".

....

_t

:T •./

.

'.'

...•.•..

..

'

.

.

...

: .~

.

..

'

...

.'--­

.

'

/.

... ...•

.'

.

....

.

'' ". ~

..

' 'v ~~~~

t

t.···

_~~~~~ . ..

Gambar 3.3 Model Keruntuhan Two Part Wedge Failure Surface (Sumber: M.Irsyad,1994)

•

O,3H

•

•

4 B. 'nierfailure surface

J Logarl:tmic spiral failure surface

,T

J/ • tit.

/c<...4S+p/2

_

-

Vl

Gambar 3.4 Model Keruntuhan Circular Failure Surface

(Sumber: M.Irsyad,1994)

Perbedaan utama dari masing-masing analisis didasarkan atas asumsi bidang runtuh dan besarnya kontribusi reinsforcement.

2. Didasarkan atas dasar working stress condition

Tidak seperti pada analisa yang didasarkan pada saat runtuh. disini diasumsikan tegangan horisontal

avo

ko. dimana ko = koefisien tanah diam. Deformasi yang terjadi didasarkan atas respon tanah yang koheren terhadap beban luar. Hasilnya lebih kuat dari analisa yang didasarkan saat runtuh. 3. Didasarkan atas metode elemen hingga (Finite Element Methode)

Pada pendekatan ini analisis tegangan dan defonnasi dihitung dengan menggunakan metode elemen hingga.

-- - 1

3.4.2 Kapasitas Daya Dukung Tarik dari Reinsforcement

Metode yang digunakan untuk menghitung kapasitas daya dukung tarik dari

rein.iforcement secara umum ada riga pendekatan yaitu :

a. Analisis yang menganggap fiiksi saja, Pr

=

~

* .

yz. As

=

~

* .

a v.As

Pr = pullout capacity

~

*

=

apparent friction

a v

=

tegangan vertikal

As

=

luas penampang reinsjorcement

"111 I 1 Lea

I.

~2 Lel ~=;:~-... 3 i1'~p • ₄ • " i C4 ~

Gambar 3.5 Model Keruntuhan dan Panjang Geotekstil

~

Strip Reinsforcement _Pr

Pr

=

~* . yz . Le. 2b 0,5 < Il* < 1,5

",

Sheetreinsj'orcelnent

Pr = 2 . Le . yz . tan 2/3.0

I',

E

Ai".;;;;~~~!\j,fl

111

...

Le

Gambar 3.7 Sheet Reinsj'orcelnent

b. Analisis yang menganggap pasif saja,

Rod Reinsj'orcelnent (Anchored Earth)

.

·fat·.

TI'read M20

+

20 m.s. Round bar

~-rr

Weld·

~ -~:l

~

l

- _.• !:.w·

~

L

=:t

• W

oz:,

v: "

y

_~

~--

Typically 3.5

m---­

1

y

lf'ii>,.

-~

~'-'lr--'

_""""~.n~

­

Gambar 3.8 Rod Reinsj'orcelnent

K p·CT'v·W.t 2(Il'-a. )tan;

- - - ' < - - - - -.e

PI _cosa

l

VSL Retained Earth

Gambar 3.9 VSL Retained Earth

Pr = N_{p .} yzd . b . n

c. Analisis yang menganggap p~if + friksi.

Gambar 3.10 Gabungan Analisis Pasif+ Friksi

PI

=

Le.bp.{(2.as. tan.(8»}+ Np.y.zb. Le .t.a_h Sx

crs = fraksi dari luas permukaan geogrid yang menerima friksi

":

Perencanaan reinsforcement 1. External Stability

(tanah + reinsforcement sebagai satu unit) a. sliding along the base,

b. overturning about the toe,

c. bearing capacity ofthe foundation, d. exentrisitas,

e. slope stability. 2. Internal Stability

a. failure surface,

b. earth pressure coefficient,

c. pullout capacity, d. durabilitas.

3.5 Metode Analisis

Bentuk konstruksi perkuatan tanah yang banyak digunakan da1am bidang teknik sipil adalab pengembangan bentuk dinding penahan tanah antara lain : pangkal jembatan pada jembatan layang, jalan tol, pelindung talud, dinding peredam bising dan lain-lain, yang pada umumnya tersedia laban yang sempit dan waktu pelaksanaan dibutuhkan sangat singkat.

Bentuk-bentuk yang umum digunakan antara lain sebagai berikut : 1. Sheet Reinsforced

Konstruksi perkuatan tanah ini menggunakan geotekstil berupa lembaran­

lembaran.Konstruksi ini benar-benar memanfaatkan kuat geser bahan dengan tanah untuk melawan gaya-gaya yang bekeIja. Tipe geotekstil dapat anyaman atau nir-anyam, mempunyai sifat porus dan sebagai filter.

2.Strip Reins/orced

Konstruksi perkuatan tanah ini menggunakan geotekstil berupa strip dengan ukuran-ukuran tertentu diletakan pada sebuah facing beton dengan ukuran tertentu. Dimana satu facing beton tersebut ditahan oleh beberapa strip.

3.5.1 Sheet Reinsforced

3. Stabilitas Eksternal

Menentukan teballapisan geotekstil Lereng dibagi menjadi beberapa zone

I Zone 1

IhlI

h3

Zone 2 h2

Zone 3

Gambar 3.11 Pembagian Zone Pada Lereng Keterangan gambar :

hI = kedalaman zone 1 dari permukaan h2 = kedalaman zone 2 dari permukaan

Jarak antar lembaran tiap zone

Svi

=

Ta (3.1)

u.hci.SF

dengan : Ta = gaya tarik ijin geotekstil Svi = teballapisan geotekstil

SF = angka keamanan

cr.hci

=

tegangan pada lapis geotekstil Cara menentukan panjang geotekstil

Diasumsikan ada beban terbagi merata sebesar q.T/m2 1. Tinjauan terhadap geser

q T/m2

l

I

... 1

\

Pq I I H I I W \ PE F

LI

I

\

A

tRy

I

I

r-HyKa q.Ka L

Gambar 3.12 Gaya-gaya yang Bekerja Pada Perkuatan Tanah Geotekstil

Gaya geser = Pa = q.H.Ka + 0,5. y.H2.Ka , '" (3.2) Gaya yang menahan geser = F = W.tan 0 = H.L y tan 0 (3.3)

SF =

£

= H.L.y.tan.tp Pa q.H.Ka +0,5.y.H2.Ka

2

L= SF.Ka.(q +0,5.y.H .Ka) (3.4)

y.tan.tp

SF = 1,5

2.Tinjauan terhadap guling

SF - LMlahanan = WL 12 (3.5)

- LM.aktif P.q.H 12+Pe.H 13

L2 _{= SF.H.Ka.(q+1/3y.H) (3.6)}

y

SF = 2,0

3.Bearing Capacity ( Kapasitas dukung tanah ) Berat tanah untuk reinforcement = L.R.lY

Berat tanah dan rnuatan terbagi rnerata

=

L.R. Y+ q.L

=

cry

L < (Y.ult - H .. "..." " " ".... _... (3.. 7) Y +q 4. Eksentrisitas

H

H

LM.aktif Pq.-+PE.­ e= _Rv = _{W +}2 _q.L 3 _(3.8) 1 e5,-.L 6 H 2 H 3 1 q.Ka·-+r·Ka . ­ -.L ₆ ~ _{H .L.r} 2 _{+ q.L} 6 _{..( 3 .9 )}

H

=

tinggi lereng

Ka

=

koefisien tekanan tanah aktif W = berat tanah dan geotekstil L = panjang geotekstil

Pq = tekanan tanah aktif akibat beban terbagi merata PE

=

tekanan tanh aktif akibat timbunan tanah b. Stabilitas Internal

Gaya horisontal yang bekerja pada geotekstil :

Metode yang digunakan untuk menghitung kapasitas dukung tarik dari geotekstil dengan analisa yang menganggap friksi saja.

Ditinjau riap lapisan

,.

le

Gambar 3.13 Gaya Horisontal yang Terjadi pada Lembaran Geotekstil

Pfi = 2.Le y.zi.tan (2/3cj> )

Gaya horisontal yang bekerja pada geotekstil : Fhi = Svi. Ko y.zi

SF= P.f

~15

F.H '

Panjang geotekstil overlapping

a.hci.Svi.SF (3.10)

Lo

=

? .

2.zi.y. tan .(~ .rp)

~

Pf

=

gaya tahanan tarik pada geotekstil Le

=

panjang efektif geotekstil

z = kedalaman lembar geotekstil

FH = gaya horisontal yang terjadi pada geotekstil

3.5.2 Strip Reins/orced a. Stabilitas EksternaI

rr=r=I

q1 q2

..-

...

...

..-

...

...

...

...

T

HI

I

1

lw

e

I

~

\

\PE H/2 \ IHl3

av[

t~~!

\

Rv L

R

j

yHka I qKa

I

---~ I,

q1 = untuk asumsi stabilitas overturning + pullout

q2 = untuk mencari maksimum horisontal stress

T

_I

I

HI I

lw

~pq

PE

~F L

III LY

L=6.e crvb

Gambar 3.14b Gaya-gaya Pada Analisis Eksternal Stability

l.Sliding along the base

F

=

W. tan.¢ ~ SF.(Pq + ~l!,') (3.11)

H.L.y.tan.¢ 2: SF.(q.H.Ka +1/2.y.H 2 .Ka) (3.12)

H

L _ SF.Ka.(q + y·

2 )

(3.13)

- y.tan·¢l

SF ~ 1,5

2. Overturning about the toe

SF

=

LM.resisting

=

W.LI2

=

y.L2

LM.driving Pq.H 12+PE.H 13 H.Ka.(q+ 1/3.y.H)

2 SF.H.Ka.(q + 1/3.y.H) (3.14) L = . y SF=2 3. Bearing capacity u.vb ~ u.ll: SF ~ 2 4. Eksentrisitas "LM.driving _ Pq.(HI2)+PE.(HI3) (3.15) e= Rv - Rv H 2 H 3 1 q.Ka.-+y.Ka.­ e~-.L=> _{6 HLy+qL}

_..

2 _. 6_{"~-... (316).} 5. Slope stability FS=

~>c+f:/.tantp

(3.17) b. Stabilitas Internal

I. Dengan menggunakan precast facing elemen dipakai spacing Uarak antar reinsforcement) Ukuran SV x SH

- I

2. Gunakan bilinier garis keruntuhan

S3H

_.

~-I

I Le 1 I I I I I I H I I

,

L Le 1 / Le2 / / Le3 ,,/} 4So.¢/2

Distribusi tegangan horisontal

ka ko k

Z

ko = 1 - sin 0 ~ ka = tan2 ( 45°- 0/2 )

Gaya horisontal yang dipikul : FH = SH. SV .y.z.k (3.18) Kapasitas tarik reinsforcement = FT = Ar. Q" ijin , (3.19)

SF terhadap rupture

=

FT / FH

Gaya horisontal yang ditahan tanah reinsforcement akibat dipegang oleh tanah :

Pf= 2. b. y. z. u* .Lel (3.20)

SF terhadap pullout

=

Pf / FH